Microalgal solutions use microalgae, photosynthetic unicellular microorganisms (2-50 μm), to efficiently recover nutrients and CO2 into a valuable algal biomass, containing lipids, fatty acids, proteins, amino acids, carbohydrates, vitamins, and more. Autotrophic mode, the most traditional microalgal cultivation method, relies entirely on photosynthesis, resulting in low biomass productivity in low light seasons, such as during Nordic autumns and winters. Mixotrophic mode, that supports both photosynthesis and heterotrophy using organic carbon (OC) for growth, yields higher biomass productivity and nutrient recovery.Whey permeate and cheese whey, dairy processing wastewaters, have been tested as OC sources for mixotrophic algal production in small-scale controlled laboratory conditions. This thesis investigates the potential for using these wastewaters as sources of phosphorus and OC, in combination with landfill leachate or fluegas condensate water as a nitrogen source, for sustainable mixotrophic algal cultivations under outdoor Nordic conditions. Monocultures and polycultures of local green algae were cultivated in mixotrophic mode on glucose, whey permeate or cheese whey and autotrophic mode in pilot-scale raceway ponds during the spring and autumn in southern Sweden. The coexistence of algae and bacteria, the algal gene expression, and the metabolite profile of algal biomass in response to mixotrophic mode were studied to optimize the operations and suggest suitable applications of mixotrophic algal biomass.The results demonstrated enhanced algal productions in mixotrophic mode under both high and low light conditions, with higher algal growth rates, productivity, and nutrient removal and recovery rates compared to autotrophic mode. Mixotrophic mode offers the potential for year-round algal cultivations in Nordic conditions. Additionally, cheese whey mitigated night algal biomass loss when added at sufficient concentrations.The eukaryotic and prokaryotic composition of polycultures varied more in mixotrophic mode than autotrophic mode. In the polycultures, most enzymes involved in carbon metabolism were upregulated, while those related to photosynthesis were downregulated in mixotrophic mode on glucose compared to autotrophic mode. Mixotrophic mode did not affect the biochemical composition in polycultures, but resulted in higher carbohydrate, and lower protein and lipid content in monocultures. Metabolite profiles of polycultures and monocultures were species-specific and differed between cultivation modes, favoring carbohydrate accumulation in mixotrophic mode. Therefore, the selection of algal species and cultivation mode is crucial for specific applications of algal biomass and when targeting specific metabolites.

Odling av mikroalger, fotosyntetiska encelliga mikroorganismer (2-50 µm), kan användas för att effektivt återvinna näringsämnen och koldioxid, CO2 till en värdefull algbiomassa som innehåller lipider, fettsyror, proteiner, aminosyror, kolhydrater, vitaminer och mycket mer. Autotrof odling, den mest traditionella metoden för odling av mikroalger, förlitar sig helt på fotosyntes, vilket resulterar i låg produktivitet av biomassa under perioder med låg ljusintensitet, som under nordiska höstar och vintrar. Mixotrof odling, som kombinerar fotosyntes och heterotrofi genom att använda organiskt kol för tillväxt, ger högre produktivitet av biomassa och näringsåtervinning.Vasslepermeat och ostvassle, två avloppsvatten från osttillverkning, har tidigare testats som organiska kolkällor för mixotrofisk algproduktion i småskaliga kontrollerade laboratorieförhållanden. Denna avhandling undersöker potentialen för att använda dessa avloppsvatten som källor av fosfor och organiskt kol, i kombination med lakvatten från deponi eller kondensatsvatten från industriell rökgas som kvävekälla, för hållbar mixotrofisk algodling under utomhusförhållanden i Norden. Monokulturer och polykulturer av lokala grönalger odlades som mixotrofiskt på glukos, vasslepermeat eller ostvassle, och autotrofiskt i odlingsdammar i pilotskala under vår och höst i södra Sverige. Hur alger och bakterier samexisterar, algens genuttryck och metabolitprofilen hos algbiomassan studerades för att för att optimera driften av mixotrof odling och föreslå lämpliga tillämpningar av mixotrof algbiomassa.Resultaten visade en högre produktion av mikroalger i mixotrof odling under både höga och låga ljusförhållanden, med högre algtillväxthastighet, produktivitet och återvinning av näringsämnen, jämfört med autotrof odling. Mixotrof odling möjliggör potential algodling för året runt i nordiska förhållanden. Dessutom minskade ostvassle förlusten av biomassa nattetid, när det tillsattes i tillräcklig höga koncentrationer.Den eukaryota och prokaryota artsammansättningen i polykulturer varierade mer i mixotrof odling än i autotrof. I mixotrofiska polykulturer uppreglerades de flesta enzymer som är involverade i kolmetabolism, medan de som är relaterade till fotosyntes nedreglerades jämfört med autotrofisk odling. Mixotrof odling påverkade inte den biokemiska sammansättningen på biomassan i polykulturer, men resulterade i högre kolhydrat- och lägre protein- och lipidinnehåll i monokulturer. Metabolitprofilerna för biomassa från polykulturer och monokulturer var artspecifika och skilde sig mellan odlingsmetoder, vilket ökade innehållet av kolhydrater i mixotrof odling. Därför är valet av algarter och odlingssätt avgörande för specifika tillämpningar av algbiomassa och när man riktar in sig på specifika metaboliter.